Aktivační čistírna

Níže naleznete základní popis aktivační čistírny a její základní modifikace. Možná ale hledáte něco konkrétnějšího, například:

Základní popis

Nejběžnějším a také nejefektivnějším typem čistírny je čistírna aktivační. Pracuje s aktivovaným kalem, což je směs mikroorganismů, které se shlukují do vloček. V podstatě se jedná o intenzivní napodobení přírodních procesů. Aby tyto procesy probíhaly intenzivně, je potřeba mikroorganismům zajistit dostatek vzduchu a proto jsou tyto čistírny vybaveny dmychadlem a aeračním systémem. Jsou tedy charakteristické tím, že se v nich do vody vhání vzduch. Mikroorganismy rozpuštěný kyslík využívají především k oxidaci organických látek, které přeměňují na vodu a oxid uhličitý. Za určitých podmínek tyto čistírny dokáží i oxidovat amoniak (produkt hydrolýzy močoviny) na dusičnany, které jsou pro životní prostředí mnohem méně škodlivé, než čpavek, a opět při určitém uspořádání dokáží tyto čistírny i přeměnit dusičnany na plynný dusík a tím sloučeniny dusíku úplně z vody odstranit. V omezené míře dokáží také odstraňovat fosfor, který akumulují v buňkách a ten je pak z vody odstraněn s přebytečným kalem. Tento proces lze podpořit chemickým srážením.

 

Vlastní princip je velice jednoduchý: voda natéká do aktivační nádrže, ve které jsou rozptýleny mikroorganismy (převážně bakterie) shluklé ve vločkách. Tato nádrž je provzdušňována a zde také probíhá největší část vlastního čištění vody. Když jsou z vody odpadní látky odstraněny, je potřeba oddělit čistou vodu od mikroorganismů. Aktivační směs (směs vody a aktivovaného kalu, neboli mikroorganismů) je vedena do dosazovací nádrže, kde vločky aktivovaného kalu sedají ke dnu a vyčištěná voda naopak odtéká z vrchní části dosazovací nádrže. Aktivovaný kal je ze dna odtahován zpět do aktivační nádrže. Tím je zajištěno, že se dosazovací nádrž nenaplní a kal neuteče do odtoku, že je v aktivační nádrži dostatek aktivovaného kalu a že mikroorganismy nesetrvávají zbytečně dlouho na dně dosazovací nádrže, kde je podstatně méně kyslíku, než v aktivační nádrži.

Pro dobrou funkci aktivační čistírny je potřeba zajistit několik klíčových podmínek:

  • dobré provzdušňování aktivační nádrže (zajistí dostatek kyslíku a dobré míchání – sedimentace kalu v aktivační nádrži je nežádoucí!)
  • dostatek aktivovaného kalu v aktivační nádrži
  • dostatečně intenzivní čerpání vratného kalu z dosazovací nádrže zpět do aktivační nádrže (toto bývá nejčastější závada na ČOV)

Varianty aktivačního procesu

S usazovací/akumulační nádrží

Kromě tohoto zcela základního uspořádání existuje velké množství dalších variant. U domovních čistíren je poměrně často před aktivační nádrž umístěna nádrž akumulační , nebo usazovací, nebo nádrž, která zastává obě tyto funkce.

Nádrž akumulační slouží k vyrovnávání nátoku odpadní vody. Obvykle je z ní voda čerpána pomocí mamutky (pneumatické čerpadlo) do nádrže aktivační. Čerpané množství je pak závislé na množství vody v akumulační nádrži. Vyrovnávání nátoku prodlužuje dobu zdržení v aktivační nádrže a snižuje zatížení dosazovací nádrže.

Usazovací nádrž je pak již prvním stupněm čištění odpadní vody. Jsou zde mechanicky oddělené usaditelné odpadní látky a snižuje se tím zatížení aktivační nádrže organickým substrátem. Usazovací nádrž je potřeba pravidelně vyklízet, jinak může dojít k zahnívání usazeného kalu, které se projeví vyplavováním kalu na hladinu, tvorbou bioplynu, zápachem a také může dojít k poškození aktivovaného kalu například sulfidickou sírou, která se tvoří v zahnívající usazovací nádrži.

S oddělenou denitrifikací a nitrifikací

Další modifikací je rozdělení aktivační nádrže na zónu denitrifikační a nitrifikační. Toto rozdělení má význam především kvůli odbourávání dusíkatého znečištění. Princip je takový, že nitrifikační nádrž je trvale provzdušňována a nitrifikační bakterie zde oxidují čpavek(amoniak) na dusičnany. Ty jsou pak spolu s vratným kalem vraceny na začátek aktivace do denitrifikační zóny. Přítomnost kyslíku v denitrifikační nádrži není žádoucí, protože bakterie zde místo kyslíku využívají k oxidaci organických látek a svému růstu dusičnany (nicméně raději využívají kyslík a aby byly odstraňovány dusičnany, nesmí být kyslík přítomen). Tato část čistírny by tedy neměla být provzdušňovaná, ale je potřeba udržet kal takzvaně „ve vznosu“. Na velkých čistírnách jsou k tomuto účelu využívána například vrtulová míchadla. Na domovních čistírnách je míchadlo poměrně přepychový prvek a častěji je volen kompromis a denitrifikační zóna je míchána hrubobublinným (někdy středobublinným) aeračním systémem (nitrifikační zóna pak jemnobublinným, který dosahuje nejlepšího přestupu kyslíku do vody). V takovémto uspořádání je potřeba nastavit provzdušňování denitrifikační zóny tak, aby byl kal ve vznosu a nedocházelo k jeho sedimentaci a zároveň, aby bylo množství vháněného vzduchu co nejmenší.

Dosazovací nádrž

Běžně je aktivační čistírna vylepšena úpravami dosazovací nádrže. Drobné úpravy se týkají například odtoku vyčištěné vody, která může být odváděna přes pilovitou hranu z hladiny, nebo mělce ponořeným perforovaným potrubím. Toto jsou spíše detaily. Pro snížení nároků na obsluhu má velký význam stahování plovoucích látek z hladiny dosazovací nádrže. To je obvykle realizováno pomocí mělce ponořeného trychtýře, ze kterého je pomocí mamutky odtahována voda a plovoucí látky jsou s touto vodou nasávány a vraceny zpět do aktivační nádrže. Někdy je systém vylepšen o mírné čeření hladiny, kdy je mělce pod hladinu dosazovací nádrže zaveden přívod vzduchu a drobným bubláním jsou vytvářeny na hladině vlnky, které posouvají plovoucí látky k trychtýři. Zde ale pozor na příliš intenzivní provzdušňování, které by mohlo rušit sedimentaci a vířit obsah nádrže. Pak by se kal neodděloval od vyčištěné vody a utíkal do odtoku.

Někdy bývá mezi aktivační a dosazovací nádrž (do nátoku dosazovací nádrže) instalováno síto. To zabraňuje vniku drobných předmětů, které by mohly ucpávat technologii. Postupem času ale zarůstá mikroorganismy, až zaroste úplně a vod pak, dle konstrukce čistírny, přepadá z aktivační nádrže rovnou do odtoku. Pokud je čistírna vybavena sítem, je potřeba jej pravidelně čistit. V případě větších problémů je možné jej, bez negativního dopadu na funkci, vyndat.

Membránová čistírna

Naprosto zásadní úpravou je nahrazení dosazovací nádrže membránovým modulem. Ten je buď vložen přímo do aktivační nádrže, nebo do takzvané „membránové komory“. Membrána nahrazuje dosazovací nádrž a odděluje vyčištěnou vodu od aktivovaného kalu. K tomu ji pomáhají čerpadla, která přes membránu sají vyčištěnou vodu. Tyto čistírny dosahují naprosto špičkových odtoků. Vyčištěná voda obsahuje i velmi málo bakterií (které membránou neprojdou) a je tak vhodná i pro zálivku. Tyto čistírny mohou být i menší, protože nezávisí na sedimentačních vlastnostech aktivovaného kalu a toho tak může být v aktivační nádrži větší koncentrace. Na druhou stranu jsou membrány investičně náročnější a vyžadují větší péči, a občasnou regeneraci.

Srážení fosforu

Posledním běžným doplňkem je rozšíření čistírny o srážení fosforu. Asi 60 % fosforu z odpadní vody je biologicky zachyceno v bakteriích aktivovaného kalu. Pro vyšší účinosti 90-95 % je zapotřebí sáhnout po chemickém srážení. To spočívá v dávkování solí hliníku, nebo železa, které váží fosfor do nerozpustných sraženin, které se stávají součástí aktivovaného kalu. Z kalu je pak fosfor odstraňován při odkalování.

Odkalování čistírny je důležitá činnost. Člověk denně vyprodukuje zhruba 120 g organických látek. Aktivační čistírna tyto látky oxiduje na vodu a oxid uhličitý. Mikroorganismy tuto oxidaci využívají k tvorbě energie pro svůj život a růst. A právě na růst (slovy klasika) padne ta druhá půlka. Takže ze 120 g organických látek vyprodukovaných člověkem vznikne zhruba 60 g kalu vyprodukovaného čistírnou. Běžné koncentrace sušiny kalu jsou 3-4 g/l. Z tohoto vyplývá, že na jednoho připojeného člověka by mělo být denně odkaleno cca 15 l kalu. V praxi to bude o něco méně, protože určitá malá část kalu uniká do odtoku a kal je možné při vypnutí provzdušňování zahustit. Zejména u domovních čistíren s vysokým stářím kalu se projevuje činnost vyšších organismů, které požírají bakterie a tím zase snižují množství kalu. Nicméně na odkalování se nesmí zapomínat. Pokud čistírnu neodkalujete neznamená to, že kal nevzniká, nebo z čistírny neodchází. Důležitá je zde zkouška, kdy do nádobky se stupnicí nalijeme 1 l aktivovaného kalu z aktivační nádrže a po 30 minutách odečteme polohu rozhraní kal/voda. Optimální hodnota je 300-500 ml/l. Pod 200 ml je kalu velice málo a nad 800 ml je čistírna již překalená a potřebuje odkalit.

SBR

Ještě existuje další varianta aktivační čistírny, kdy vše probíhá v jedné nádrži a jednotlivé fáze jsou od sebe odděleny nikoli prostorem, ale časem. Označuje se zkratkou SBR, což označuje Sequencing Batch Reaktor. Jedná se však o modifikaci natolik výraznou, že si o ní povíme jinde :-).

Závěrem

Aktivační čistírna je robustní zařízení, které dokáže za krátký čas přeměnit odpadní vodu na vysoce kvalitní vodu vyčištěnou. Odtok z aktivační čistírny je výrazně lepší, než z jiných technologií, například z biofilmových reaktorů, zemních filtrů, různých typů vegetačních (například kořenových) čistíren. Pro většinu případů instalace domovní čistírny by to měla být technologie první volby. Nicméně né pro všechny případy je tato technologie zcela vhodná.

Kde je aktivační čistírna vhodná:

  • u rodinných domků
  • u bytovek
  • pro průmyslové odpadní vody (zde záleží na druhu vody)
  • u restaurací

Kde naopak vhodná není:

  • pro extrémně řídké odpadní vody
  • pro objekty s nepravidelným provozem, typicky pak pro chaty obývané o víkendech, nebo jen nárazově